基于可變頻變壓器的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越控制

方澤欽， 楊俊華， 陳思哲， 吳 捷

(1. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,廣東 廣州 510006;2. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院,廣東 廣州 510641)

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基于可變頻變壓器的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越控制

方澤欽1， 楊俊華1， 陳思哲1， 吳 捷2

(1. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,廣東 廣州 510006;2. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院,廣東 廣州 510641)

在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落故障期間，基于Crowbar電路的雙饋風(fēng)力發(fā)電(DFIG)系統(tǒng)需吸收大量無功功率。為提高DFIG風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，提出增設(shè)可變頻變壓器(VFT)新方案。VFT由雙饋電機(jī)、直流電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。Crowbar電路動(dòng)作后，通過控制低電壓穿越(LVRT)期間的VFT轉(zhuǎn)速來抑制系統(tǒng)轉(zhuǎn)差率，減小系統(tǒng)無功功率吸收量，基于MATLAB/Simulink平臺(tái)，進(jìn)行了暫態(tài)仿真研究。結(jié)果表明，故障期間在Crowbar電路起動(dòng)后，所提控制策略能避免系統(tǒng)從電網(wǎng)中吸收過量無功功率，避免發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率越限，有助于電網(wǎng)電壓的恢復(fù)，DFIG風(fēng)電機(jī)組的LVRT性能提高。

雙饋電機(jī)； Crowbar； 可變頻變壓器； 低電壓穿越

0 引 言

交流勵(lì)磁變速恒頻雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Doubly- Fed Induction Generator, DFIG)以其調(diào)速范圍寬、發(fā)電效率高、有功和無功功率可獨(dú)立調(diào)節(jié)以及所需勵(lì)磁變頻器容量較小等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，成為現(xiàn)代大容量風(fēng)電機(jī)組的主流形式。DFIG系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子繞組直接連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子側(cè)通過雙PWM變換器控制轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值和相位，輸出量分別對(duì)應(yīng)頻率、無功功率和有功功率。由于DFIG風(fēng)電機(jī)組的定子繞組直接并網(wǎng)，其對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)，尤其是電壓跌落故障非常敏感，因其勵(lì)磁變換器容量較小，對(duì)DFIG的控制能力有限。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生嚴(yán)重故障跌落時(shí)，會(huì)導(dǎo)致DFIG定子繞組中有較大的沖擊電流產(chǎn)生，加上定、轉(zhuǎn)子間的電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組和變換器中的電流也較大[4-5]，為避免變換器損壞，保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，機(jī)組需跳閘脫離電網(wǎng)[6]。然而，隨著DFIG風(fēng)電系統(tǒng)穿透率的提高，電網(wǎng)電壓跌落期間風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)將會(huì)直接危害電網(wǎng)安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致電網(wǎng)解列崩潰[7-9]。為此，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在電網(wǎng)故障電壓跌落一定范圍和時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備不間斷并網(wǎng)運(yùn)行能力，且能向電網(wǎng)提供一定的無功功率支撐電網(wǎng)恢復(fù)，從而使機(jī)組具備低電壓穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力[10]。

為解決DFIG風(fēng)電機(jī)組的LVRT問題，現(xiàn)今通用的方法是在DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)短接Crowbar保護(hù)電路。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，通過激活Crowbar電路，短接轉(zhuǎn)子側(cè)繞組[11]，保護(hù)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變換器的安全，并使DFIG系統(tǒng)作為籠型異步發(fā)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行；文獻(xiàn)[12-13]通過仿真平臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果，同樣驗(yàn)證了增設(shè)Crowbar保護(hù)電路能有效提高雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力；文獻(xiàn)[14-15]分析Crowbar電路中串聯(lián)電阻阻值選擇的合理性，指出通過適當(dāng)增大串聯(lián)電阻可快速消耗過剩的故障能量，有助于電網(wǎng)電壓恢復(fù)，但阻值過大亦會(huì)導(dǎo)致直流母線過電壓，縮短儲(chǔ)能電容器使用壽命；文獻(xiàn)[16]分析了Crowbar電路的投切時(shí)刻對(duì)DFIG系統(tǒng)的影響，退出過早不能有效抑制轉(zhuǎn)子側(cè)的暫態(tài)電流，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流暫態(tài)擾動(dòng)過大，退出過晚則可能導(dǎo)致短路故障切除后Crowbar仍在運(yùn)行，不利于電網(wǎng)電壓恢復(fù)。盡管增加Crowbar電路可保證機(jī)組在故障狀態(tài)下繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行，但機(jī)組運(yùn)行方式由雙饋發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒桨l(fā)電狀態(tài)，需從電網(wǎng)吸收大量無功功率，嚴(yán)重阻礙故障下的電網(wǎng)電壓恢復(fù)。

針對(duì)故障狀態(tài)下含Crowbar電路的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需從電網(wǎng)吸收無功功率問題[17]，提出電網(wǎng)電壓故障跌落工況下增設(shè)VFT的新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過加裝VFT裝置改善系統(tǒng)穩(wěn)定性能，同時(shí)通過調(diào)節(jié)VFT的轉(zhuǎn)速抑制故障下系統(tǒng)轉(zhuǎn)差率增大，減小系統(tǒng)從電網(wǎng)中吸收無功功率。此外，故障期間調(diào)節(jié)VFT的轉(zhuǎn)速還能為系統(tǒng)提供無功功率支撐，協(xié)助電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)LVRT；應(yīng)用MATLAB/Simulink軟件仿真驗(yàn)證了所提出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及LVRT控制方法的有效性。

1 雙饋發(fā)電系統(tǒng)短路故障時(shí)運(yùn)行特性

1.1 含Crowbar保護(hù)電路的DFIG系統(tǒng)

含Crowbar保護(hù)電路的DFIG系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)組的定子側(cè)繞組直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子側(cè)繞組經(jīng)過雙PWM變換器連接電網(wǎng)。

圖1 含Crowbar保護(hù)電路的DFIG系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組耦合感生出5～10倍額定電流值的暫態(tài)電流[18]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了變換器的最大耐受沖擊電流。當(dāng)Crowbar控制器檢測到轉(zhuǎn)子側(cè)電流增大到預(yù)定閾值時(shí)，Crowbar電路被激活投入，短接轉(zhuǎn)子繞組并封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，保護(hù)變換器免遭過電流損害，此時(shí)發(fā)電機(jī)進(jìn)入籠型異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器也同時(shí)失去了對(duì)電機(jī)原有的控制作用，但網(wǎng)側(cè)變換器仍然保持并網(wǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流衰減至低于晶閘管的維持電流時(shí)，Crowbar電路自動(dòng)切除，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器重新投入工作。

1.2 Crowbar電路動(dòng)作后機(jī)組無功特性

根據(jù)電機(jī)基本理論，Crowbar電路動(dòng)作后的等效電路如圖2所示。

圖2 Crowbar電路動(dòng)作后的等效電路

圖2中req、xeq分別為機(jī)組的等效電阻和電感：

(1)

式中:r1、r2、Rcw——定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻和Crowbar電路上串聯(lián)的電阻；

x1σ、x2σ、xm——定、轉(zhuǎn)子漏電感和勵(lì)磁電感；

s——轉(zhuǎn)差率。

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率為

(2)

根據(jù)式(1)和式(2)，可獲得不同電壓等級(jí)下DFIG的無功功率-轉(zhuǎn)差率曲線如圖3所示。由圖3可見，在某一端電壓下，隨著轉(zhuǎn)差率絕對(duì)值的增大，DFIG從電網(wǎng)吸收的無功功率將急劇增加。因此，在LVRT期間，需控制DFIG的轉(zhuǎn)差率在允許范圍內(nèi)，進(jìn)而有效抑制無功功率的吸收量。

圖3 不同電壓下DFIG的無功功率-轉(zhuǎn)差率關(guān)系(Rcw=1.2Ω)

2 VFT控制原理和模型

2.1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及機(jī)理

圖4為基于VFT的DFIG風(fēng)電機(jī)組LVRT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對(duì)含Crowbar電路的雙饋風(fēng)電機(jī)組主流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，新增一套由雙饋電機(jī)、直流電機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的VFT裝置，VFT為虛線框內(nèi)部分。

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)?/p>

圖4所示系統(tǒng)中，在電網(wǎng)電壓跌落故障期間接入Crowbar電路，同時(shí)主控系統(tǒng)通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制直流電機(jī)和雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)VFT轉(zhuǎn)速的控制，使DFIG定子繞組的頻率和電壓幅值跟隨DFIG轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化，獲得有助于實(shí)現(xiàn)LVRT的控制效果： (1) Crowbar裝置和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制方案，可有效防止轉(zhuǎn)子側(cè)變流器因過電壓、過電流而損壞，維持機(jī)組繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行；(2) DFIG定子繞組電壓升高，可增大電磁轉(zhuǎn)矩，延緩轉(zhuǎn)速上升，更好地控制和改善DFIG系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；(3) 隨轉(zhuǎn)速調(diào)整DFIG同步轉(zhuǎn)速，避免轉(zhuǎn)差率過大導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩過度衰減和無功消耗劇增，避免轉(zhuǎn)速和端電壓失穩(wěn)。

2.2 VFT數(shù)學(xué)模型

通過VFT可實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，實(shí)質(zhì)是在一側(cè)系統(tǒng)的頻率上疊加一個(gè)由雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電氣頻率分量，合成頻率等于另一側(cè)系統(tǒng)頻率。定子磁場轉(zhuǎn)速由定子電流頻率決定，而轉(zhuǎn)子繞組電流形成的磁場轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子電流頻率與轉(zhuǎn)子(電氣)轉(zhuǎn)速的合成[19]。穩(wěn)態(tài)時(shí)有

fr=f1-f2

(3)

式中：fr——雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(折算為電氣頻率)；

f1、f2——定子、轉(zhuǎn)子側(cè)電網(wǎng)頻率。

此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的VFT，功能上相當(dāng)于一臺(tái)具有移相功能的變壓器，需滿足磁動(dòng)勢方程

N1i1=-N2i2

(4)

式中:N1、N2——定子、轉(zhuǎn)子繞組有效匝數(shù)；

i1、i2——流出定子、轉(zhuǎn)子繞組的電流。

電壓方程

U1=4.44f1N1φ

(5)

U2=4.44f2N2φ

(6)

故式(6)可化為

(7)

式中:Φ——?dú)庀洞磐ā?/p>

通過調(diào)節(jié)VFT轉(zhuǎn)速可同時(shí)改變其轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓幅值和頻率。

VFT的電壓相量關(guān)系如圖5所示。

圖5 VFT電壓相量關(guān)系

圖5中，U1、U2分別為定、轉(zhuǎn)子電壓相量，旋轉(zhuǎn)角速度為ω1和ω2，相角為θ1和θ2，θr為轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的相角。傳遞功率為

(8)

式中:X——定、轉(zhuǎn)子繞組間的電抗。

當(dāng)θnet=θ1-(θ2+θr)時(shí)，VFT傳輸?shù)墓β始礊?。通過VFT中雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，改變定子電流磁場與轉(zhuǎn)子繞組電流磁場的相對(duì)位置，改變?chǔ)萺、θnet，可以改變VFT的傳輸功率。

VFT轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程

(9)

(10)

式中:J——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

Td——施加于轉(zhuǎn)子上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；

T2、T1——轉(zhuǎn)子、定子繞組施加于轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩。

2.3 VFT轉(zhuǎn)速控制及直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

VFT中，采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制直流電機(jī)進(jìn)而控制DFIG轉(zhuǎn)速，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 VFT轉(zhuǎn)速控制策略

為獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)特性，系統(tǒng)采用PI轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器[20]。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，控制開關(guān)設(shè)定在狀態(tài)1，以額定值(這里設(shè)定值為0)作為外環(huán)轉(zhuǎn)速控制量，使得VFT的轉(zhuǎn)速接近于0，DFIG運(yùn)行于電網(wǎng)頻率；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，控制開關(guān)切換到狀態(tài)2，根據(jù)DFIG的轉(zhuǎn)速偏差產(chǎn)生外環(huán)轉(zhuǎn)速控制量，控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而調(diào)節(jié)DFIG轉(zhuǎn)速，改變DFIG定子頻率，維持額定轉(zhuǎn)差率，使其在電網(wǎng)故障清除后能迅速恢復(fù)電磁轉(zhuǎn)矩并減少無功功率消耗，避免轉(zhuǎn)速和端電壓失穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)LVRT。

3 仿真分析

為驗(yàn)證含Crowbar電路的DFIG系統(tǒng)加裝VFT裝置控制方案后提高低電壓穿越能力的有效性，基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)，建立了DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。

DFIG參數(shù)為： 額定功率1.5MW，額定電壓575V，額定頻率50Hz，直流母線電壓800V，定子電阻0.023p.u.，轉(zhuǎn)子電阻0.016p.u.，定子漏感0.18p.u.，轉(zhuǎn)子漏感0.16 p.u.，定轉(zhuǎn)子互感2.9 p.u.，慣性時(shí)間常數(shù)0.685，摩擦因數(shù)0.01，極對(duì)數(shù)3。

VFT中雙饋電機(jī)參數(shù)： 額定功率1.5MW，額定電壓575V，額定頻率50Hz，定子電阻0.012p.u.，轉(zhuǎn)子電阻0.007p.u.，定子漏感0.012p.u.，轉(zhuǎn)子漏感0.09p.u.，定轉(zhuǎn)子互感5.6p.u.，慣量時(shí)間常數(shù)(含直流電機(jī))0.658，摩擦因數(shù)0.05479，極對(duì)數(shù)3。

VFT中直流電機(jī)參數(shù)： 電樞電阻0.0487Ω，電樞電感0.00096H，勵(lì)磁電阻38.7160Ω，勵(lì)磁電壓560V，電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感1.3537H。

LVRT仿真分析針對(duì)兩種模型進(jìn)行： 模型1為含Crowbar電路的DFIG風(fēng)電機(jī)組；模型2在模型1基礎(chǔ)上增加VFT控制。設(shè)定電網(wǎng)電壓在t=2s時(shí)發(fā)生短路故障，電壓跌落至額定電壓的10%，故障在2.6s時(shí)刻被清除，并在電網(wǎng)電壓恢復(fù)后的t=2.7s時(shí)刻切除轉(zhuǎn)子側(cè)交流Crowbar電路。對(duì)比研究VFT裝置控制方案加裝前后的系統(tǒng)低電壓穿越能力。

模型1的仿真結(jié)果如圖7所示。在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落期間，由于DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩大幅降低，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速上升。在2.7s后，雖然電網(wǎng)電壓已恢復(fù)到額定值，但轉(zhuǎn)差率已超過臨界值，電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法恢復(fù)，且DFIG還從電網(wǎng)吸收大量無功功率，轉(zhuǎn)子繞組電流仍不斷增大，到3.8s后，轉(zhuǎn)子側(cè)變換器電流幅值超過Crowbar保護(hù)臨界值，使Crowbar電路重新投入工作，而轉(zhuǎn)子側(cè)變換器則停止運(yùn)行，導(dǎo)致定子端電壓再次跌落，直流環(huán)節(jié)電壓失穩(wěn)?？梢姡陔娋W(wǎng)電壓跌落故障下，DFIG轉(zhuǎn)差率一旦超過臨界值，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速和端電壓失穩(wěn)，無法實(shí)現(xiàn)LVRT。

圖7 模型1仿真結(jié)果

模型2的仿真結(jié)果如圖8所示，電網(wǎng)電壓跌落期間DFIG電磁轉(zhuǎn)矩大幅降低，機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速上升，此時(shí)VFT轉(zhuǎn)速控制切換為LVRT模式，控制轉(zhuǎn)差率不超標(biāo)。電網(wǎng)電壓恢復(fù)后DFIG的電磁轉(zhuǎn)矩即可恢復(fù)正常，無功功率和定子端電壓也迅速恢復(fù)?？梢?，在電網(wǎng)電壓跌落期間，通過調(diào)節(jié)VFT，可實(shí)現(xiàn)DFIG的LVRT。與模型1相比，DFIG風(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、機(jī)組轉(zhuǎn)速升幅、轉(zhuǎn)子繞組電流最大幅值、轉(zhuǎn)子側(cè)變換器電流最大幅值、直流環(huán)節(jié)電壓波動(dòng)均明顯減小。有助于電網(wǎng)電壓恢復(fù)后風(fēng)電系統(tǒng)快速恢復(fù)正常工作狀態(tài)，使系統(tǒng)更好地實(shí)現(xiàn)LVRT。

圖8 模型2仿真結(jié)果

4 結(jié) 語

電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重電壓跌落故障時(shí)，基于Crowbar電路的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通常起動(dòng)Crowbar電路以提高系統(tǒng)的LVRT能力，但此時(shí)DFIG系統(tǒng)進(jìn)入了類似于并網(wǎng)籠型異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)速急劇上升，可能導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)差率越限進(jìn)而失去控制，還需從電網(wǎng)中吸收大量無功功率，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓恢復(fù)困難。通過增加VFT控制裝置，調(diào)節(jié)VFT轉(zhuǎn)速，使雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子繞組頻率主動(dòng)匹配電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少無功功率吸收，避免電機(jī)轉(zhuǎn)差率超過臨界值而引發(fā)的電網(wǎng)電壓二次跌落，提高了DFIG的低電壓穿越性能。

[1] 賀益康,胡家兵.雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行中的幾個(gè)熱點(diǎn)問題[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2012,32(27): 1-15.

[2] LOPEZ J, GUBIA E, SANCHIS P, et al. Wind turbines based on doubly fed induction generator under asymmetrical voltage dips [J]. IEEE Transactions on Energy Conversion,2008,23(1): 321-330.

[3] GENG H, LIU C, YANG G. LVRT capability of DFIG-based WECS under asymmetrical grid fault condition [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013, 60(6): 2495-2509.

[4] PANNELL G, ATKINSON D J, ZAHAWI B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ride-through grid-code-compliant wind turbine [J]. IEEE Transactions on Energy Conversion,2010,25(3): 750-759.

[5] RAHIMI M, PARNIANI M. Efficient control scheme of wind turbines with doubly fed induction generators for low-voltage ride-through capability enhancement [J]. IET Renewable Power Generation, 2010,4(3): 242-252.

[6] 陳亞愛,劉勁東,周京華,等.新能源并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越技術(shù)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2014,41(8): 51-57.

[7] 張永明,史偉偉.風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2012,39(7): 6-11.

[8] WANG Y, HU S J, ZHAO D L, et al. Low voltage ride through solution for doubly fed wind-power induction generator and experimental validation[C]∥ 2010 International Conference on Electrical Machines and System， Incheon, Korea: IEEE,2010: 588-592.

[9] 賀益康,胡家兵,徐烈.并網(wǎng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行控制[M].北京: 中國電力出版社,2011.

[10] 徐殿國,王偉,陳寧.基于撬棒保護(hù)的雙饋電機(jī)風(fēng)電場低電壓穿越動(dòng)態(tài)特性分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010,30(22): 29-36.

[11] 唐彬偉,袁鐵江,常喜強(qiáng),等.基于Crowbar電路的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的仿真分析[J].低壓電器,2012,(12): 26-31.

[12] 丁明,胡騰華,韓平平.基于Crowbar的雙饋風(fēng)機(jī)LVRT特性研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,36(4): 410- 415.

[13] SUN L L, YANG P, WANG Y. Simulation research for LVRT of DFIG based on rotor active crowbar protection[C]∥ 2012 International Conference on Sustainable Power Generation and Supply， Hangzhou,China: IEEE,2012: 1-7.

[14] 黎芹,張興,楊淑英,等.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)過程分析[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2010,22(5): 19-24.

[15] PANNELL G, ATKINSON D J, ZAHAWI B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ride-through grid-code-compliant DFIG wind turbine[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010,25(3): 750-759.

[16] 朱曉東,石磊,陳寧,等.考慮Crowbar阻值和退出時(shí)間的雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010,34(18): 84-89.

[17] WANG C F, ZHANG L, LIANG J, et al. A new method of reactive power-Voltage coordinated control in wind farm [C]∥2010 Asia-Pacific in Power and Energy Engineering Conference,March, 2010: 1- 4.

[18] LIU F, MEI M W, PAN J T. A control method of the low voltage ride through in the doubly-fed induction generator wind turbine[C]∥32ndChinese Control Conference, Xi’an, China, July, 2013: 7600-7605.

[19] 陳葛松,周孝信.大型電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)——變頻變壓器理論與應(yīng)用[M].北京: 中國電力出版社,2013.

[20] 阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng): 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

Low Voltage Ride Through Control of Doubly-Fed Induction Generator Based on Variable Frequency Transformer

FANGZeqin1,YANGJunhua1,CHENSizhe1,WUJie2

(1. College of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;2. School of Electric Power South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

The vast grid reactive power would be absorbed by the crowbar-based doubly-fed induction generator (DFIG) wind turbine when grid voltage dip fault. To improve the stability of power grid with DFIG wind turbines, a new low voltage ride-through (LVRT) control strategy was proposed for DFIG wind turbine by adding a variable frequency transformer (VFT) between DFIG and grid. The VFT was composed of a doubly-fed induction machine, a DC motor and its drive system. During the crowbar circuit active, the slip of DFIG could be restrained with controlling the rotary speed of VFT during LVRT to reduce the amount of reactive power consumption. With MATLAB/Simulink simulation platform, the dynamic process of DFIG system was simulated during the voltage sag. The simulation results showed that the amount of reactive power absorbed by DFIG system from grid could be decreased and the slip ratio of DFIG could be limit below the critical value with the proposed control strategy during voltage sag, which contributes to the recovery of the grid voltage and improves the LVRT performance of DFIG wind turbine.

doubly-fed induction generator(DFIG)； crowbar； variable frequency transformer； low voltage ride through(LVRT)

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51307025, 513770265, 5177050); 廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研合作專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2013B090500089)；廣東省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013KJCX0059)

方澤欽(1989—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電低電壓穿越。

楊俊華(1965—)，男，博士研究生，教授，研究方向?yàn)殡姍C(jī)電器及其控制，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)與控制。

TM 614；TP 273

A

1673-6540(2016)10- 0089- 07

2016-02-29

陳思哲(1981—)，男，博士研究生，副教授，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制、交流傳動(dòng)控制。

吳 捷(1937—)，男，教授，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電中的控制與電力電子技術(shù)。